注塑機的作業原理及結構
一、注塑機的作業原理
注塑成型機簡稱注塑機。
注塑成型是利用塑料的熱物理性質，把物料從料斗參加料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內裝有在外動力馬達效果下驅動旋轉的螺桿，物料在螺桿的效果下，沿著螺槽向前運送并壓實，物料在外加熱和螺桿剪切的兩層效果下逐漸地塑化，熔融和均化，當螺桿旋轉時，物料在螺槽摩擦力及剪切力的效果下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此一起，螺桿在物料的反效果下撤退，使螺桿頭部構成儲料空間，完結塑化進程，然后，螺桿在打針油缸的活塞推力的效果下，以高速、高壓，將儲料室內的熔融料經過噴嘴打針到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模組織的效果下，敞開模具，并經過頂出設備把定型好的制品從模具頂出落下。
注塑機作業循環流程如圖1所示。
圖1 注塑機作業程序框圖
二、注塑機的分類
按合模部件與打針部件裝備的型式有臥式、立式、角式三種。
（1）臥式注塑機：臥式注塑機是最常用的類型。其特色是打針總成的中心線與合模總成的中心線同心或共同，并平行于設備地上。它的長處是重心低、作業平穩、模具設備、操作及維修均較便利，模具開檔大，占用空間高度??；但占地上積大，大、中、小型機均有廣泛應用。
（2）立式注塑機：其特色是合模設備與打針設備的軸線呈一線擺放而且與地上筆直。具有占地上積小，模具裝拆便利，嵌件設備容易，自料斗落入物料能較均勻地進行塑化，易完結自動化及多臺機自動線管理等長處。缺點是頂出制品不易自動脫落，常需人工或其它方法取出，不易完結全自動化操作和大型制品打針；機身高，加料、維修不便。
（3）角式注塑機：打針設備和合模設備的軸線互成筆直擺放。依據打針總成中心線與設備基面的相對方位有臥立式、立臥式、平臥式之分：①臥立式，打針總成線與基面平行，而合?？偝芍行木€與基面筆直；②立臥式，打針總成中心線與基面筆直，而合?？偝芍行木€與基面平行。角式打針機的長處是兼備有臥式與立式打針機的長處，特別適用于開設側澆口非對稱幾許形狀制品的模具。
三、注塑機的組成結構分析
注塑機依據打針成型工藝要求是一個機電一體化很強的機種，主要由打針部件、合模部件、機身、液壓體系、加熱體系、操控體系、加料設備等組成。如圖2所示。
圖2 注塑機組成示意圖
四、注塑部件的典型結構
1．打針部件的組成
現在，常見的注塑設備有單缸方法和雙缸方法，因不同的廠家、不同類型的機臺其組成也不完全相同。
立式機和臥式機注塑設備的組成圖分別如圖3和圖4。
作業原理是：預塑時，在塑化部件中的螺桿經過液壓馬達驅動主軸旋轉，主軸一端與螺桿鍵銜接，另一端與液壓馬達鍵銜接，螺桿旋轉時，物料塑化并將塑化好的熔料推到料筒前端的儲料室中，與此一起，螺桿在物料的反效果下撤退，并經過推力軸承使推力座撤退，經過螺母拉動活塞桿直線撤退，完結計量，打針時，打針油缸的桿腔進油經過軸承推進活塞桿完結動作，活塞的桿腔進油推進活塞桿及螺桿完結打針動作。
圖3 臥式機雙缸打針注塑設備示意圖
（a）是俯視圖； （b）為打針座與導桿支座間的平視圖
1-油壓馬達；2，6 -導桿支座；3-導桿；4-打針油缸；5-加料口；7-推力座；8-打針座；9-塑化部件；10-座移油缸
圖4 立式注塑機打針設備示意圖
1- 液壓馬達；2-推力座；3-打針油缸；4-打針座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上范本
2．塑化部件
塑化部件有柱塞式和螺桿式兩種，下面就對螺桿式做一下介紹。
螺桿式塑化部件如圖5所示,主要由螺桿、料筒、噴嘴等組成，塑料在旋轉螺桿的接連推進進程中，完結物理狀態的變化，最終呈熔融狀態而被注入模腔。因而，塑化部件是完結均勻塑化，完結定量打針的核心部件。
圖5 螺桿式塑化部件結構圖
1-噴嘴；2-螺桿頭；3-止逆環；4-料筒；5-螺桿；6-加熱圈；7-冷卻水圈
螺桿式塑化部件的作業原理：預塑時，螺桿旋轉，將從料口落入螺槽中的物料接連地向前推進，加熱圈經過料筒壁把熱量傳遞給螺槽中的物料，固體物料在外加熱和螺桿旋轉剪切兩層效果下，并經過螺桿各功用段的熱進程，到達塑化和熔融，熔料推開止逆環，經過螺桿頭的周圍通道流入螺桿的前端，并發生背壓，推進螺桿后移完結熔料的計量，在打針時，螺桿起柱塞的效果，在油缸效果下，敏捷前移，將儲料室中的熔體經過噴嘴注入模具。
螺桿式塑化部件一般具有如下特色：
①螺桿具有塑化和打針兩種功用；
②螺桿在塑化時，僅作預塑用；
③塑料在塑化進程中，所經過的熱進程要比擠出長；
④螺桿在塑化和打針時，均要發作軸向位移，一起螺桿又處于時轉時停的間歇式作業狀態，因而構成了螺桿塑化進程的非安穩性。
（1） 螺桿
螺桿是塑化部件中的關鍵部件，和塑料直觸摸摸，塑料經過螺槽的有效長度，經過很長的熱進程，要經過3態（玻璃態、黏彈態、黏流態）的轉變，螺桿各功用段的長度、幾許形狀、幾許參數將直接影響塑料的運送功率和塑化質量，將最終影響打針成型周期和制品質量。
與擠出螺桿相比，注塑螺桿具有以下特色：
① 打針螺桿的長徑比和緊縮比比較?。?/div>
② 打針螺桿均化段的螺槽較深；
③ 打針螺桿的加料段較長，而均化段較短；
④ 打針螺桿的頭部結構，具有特別方法。
⑤ 打針螺桿作業時，塑化才能和熔體溫度將隨螺桿的軸向位移而改變。
（ⅰ）螺桿的分類
注塑螺桿按其對塑料的適應性，可分為通用螺桿和特別螺桿，通用螺桿又稱慣例螺桿，可加工大部分具有低、中黏度的熱塑性塑料，結晶型和非結晶型的民用塑料和工程塑料，是螺桿最根本的方法，與其相應的還有特別螺桿，是用來加工用一般螺桿難以加工的塑料；按螺桿結構及其幾許形狀特征，可分為慣例螺桿和新型螺桿，慣例螺桿又稱為三段式螺桿，是螺桿的根本方法，新型螺桿方法則有很多種，如分離型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿、無計量段螺桿等。
慣例螺桿其螺紋有效長度通常分為加料段（運送段）、緊縮段（塑化段）、計量段（均化段），依據塑料性質不同，可分為漸變型、突變型和通用型螺桿。
①漸變型螺桿：緊縮段較長，塑化時能量轉化平緩，多用于PVC等熱安穩性差的塑料。
②突變型螺桿：緊縮段較短，塑化時能量轉化較劇烈，多用于聚烯烴、PA等結晶型塑料。
③通用型螺桿：適應性比較強的通用型螺桿，可適應多種塑料的加工，避免更換螺桿頻繁，有利于進步生產功率。
慣例螺桿名段的長度如下：
（ⅱ）螺桿的根本參數
螺桿的根本結構如圖6所示，主要由有效螺紋長度L和尾部的銜接部分組成。
圖6 螺桿的根本結構
ds — 螺桿外徑，螺桿直徑直接影響塑化才能的巨細，也就直接影響到理論打針容積的巨細，因而，理論打針容積大的注塑機其螺桿直徑也大。
L/ds —螺桿長徑比。L是螺桿螺紋部分的有效長度，螺桿長徑比越大，闡明螺紋長度越長，直接影響到物料在螺桿中的熱進程，影響吸收能量的才能，而能量來歷有兩部分：一部分是料筒外部加熱圈傳給的，另一部分是螺桿滾動時發生的摩擦熱和剪切熱，由外部機械能轉化的，因而，L/ds直接影響到物料的熔化效果和熔體質量，可是如果L/ds太大，則傳遞扭矩加大，能量耗費添加。
L1—加料段長度。加料段又稱運送段或進料段，為進步運送才能，螺槽外表一定要光亮，L1的長度應確保物料有滿足的運送長度，因為過短的L1會導致物料過早的熔融，從而難以確保安穩壓力的運送條件，也就難以確保螺桿以后各段的塑化質量和塑化才能。塑料在其本身重力效果下從料斗中滑進螺槽，螺桿旋轉時，在料筒與螺槽組成的各推力面摩擦力的效果下，物料被緊縮成密布的固體塞螺母，沿著螺紋方向做相對運動，在此段，塑料為固體狀態，即玻璃態。
h1—加料段的螺槽深度。h1深，則容納物料多，進步了供料量和塑化才能，但會影響物料塑化效果及螺桿根部的剪切強度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。
L3 — 熔融段長度。熔融段又稱均化段或計量段，熔體在L3段的螺槽中得到進一步的均化，溫度均勻，組分均勻，構成較好的熔體質量，L3長度有助于熔體在螺槽中的波動，有安穩壓力的效果，使物料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱計量段。L3短時，有助于進步螺桿的塑化才能，一般L3=（4～5）ds。
h3 — 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽淺，進步了塑料熔體的塑化效果，有利于熔體的均化，但h3過小會導致剪切速率過高，以及剪切熱過大，引起分子鏈的降解，影響熔體質量，；反之，如果h3過大，由于預塑時，螺桿背壓發生的回流效果增強，會下降塑化才能。
L2 — 塑化段（緊縮段）螺紋長度。物料在此錐形空間內不斷地遭到緊縮、剪切和混煉效果，物料從L2段入點開端，熔池不斷地加大，到出點處熔池已占滿全螺槽，物料完結從玻璃態經過黏彈態向黏流態的轉變，即此段，塑料是處于顆粒與熔融體的共存狀態。L2的長度會影響物料從玻璃態到黏流態的轉化進程，太短會來不及轉化，固料堵在L2段的結尾構成很高的壓力、扭矩或軸向力；太長則會添加螺桿的扭矩和不必要的耗費，一般L2=（6～8）ds。關于結晶型的塑料，物料熔點明顯，熔融范圍窄，L2可短些，一般為（3～4）ds，關于熱敏性塑料，此段可長些。
S — 螺距，其巨細影響螺旋角，從而影響螺槽的運送功率，一般S≈ds。
ε —緊縮比。ε=h1/h3，即加料段螺槽深度h1與熔融段螺槽深度h3之比。ε大，會增強剪切效果，但會減弱塑化才能，一般來講，ε稍小一點為好，以有利于進步塑化才能和添加對物料的適應性，關于結晶型塑料，緊縮比一般取2.6~3.0。關于低黏度熱安穩性塑料，可選用高緊縮比；而高黏度熱敏性塑料，應選用低緊縮比。
（2）螺桿頭
在打針螺桿中，螺桿頭的效果是：預塑時，能將塑化好的熔體放流到儲料室中，而在高壓打針時，又能有效地關閉螺桿頭前部的熔體，避免倒流。
螺桿頭分為兩大類，帶止逆環的和不帶止逆環的，關于帶止逆環的，預塑時，螺桿均化段的熔體將止逆環推開，經過與螺桿頭構成的空隙，流入儲料室中，打針時，螺桿頭部的熔體壓力構成推力，將止逆環退回流道封堵，避免回流。
關于有些高黏度物料如PMMA、PC、AC或者熱安穩性差的物料PVC等，為減少剪切效果和物料的滯留時刻，可不必止逆環，但這樣的打針時會發生反流，延伸保壓時刻。
對螺桿頭的要求：
① 螺桿頭要靈活、光亮；
② 止逆環與料筒合作空隙要適合，即要避免熔體回流，又要靈活；
③ 既有滿足的流轉截面，又要確保止逆環端面有回程力，使在打針時快速關閉；
④ 結構上應拆裝便利，便于清洗；
⑤ 螺桿頭的螺紋與螺桿的螺紋方向相反，避免預塑時螺桿頭松脫。
（3）料筒
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料筒是塑化部件的重要零件，內裝螺桿外裝加熱圈，接受復合應力和熱應力的效果，結構如圖7：二手注塑機回收
圖7 料筒結構
1-前料筒；2-電熱圈；3-螺孔；4-加料口
螺孔3裝熱電偶，要與熱電偶嚴密地觸摸，避免踏實，否則會影響溫度測量精度。
（ⅱ）加料口
加料口的結構方法直接影響進料效果和塑化部件的吃料才能，注塑機大多數靠料斗中物料的自重加料，常用的進料口截面方法如圖8所示：對稱形料口如圖8（a），制作簡略，但進料不利；現多用非對稱方法，如圖8（b）、8（c）所示，此種進料口由于物料與螺桿的觸摸角大，觸摸面積大，有利于進步進料功率，不易在料斗中開成架橋空穴。
圖8 加料口結構方法圖
（ⅲ）料筒的壁厚
料筒壁厚要求有滿足的強度和剛度，因為料筒內要接受熔料和氣體壓力，且料筒長徑比很大，料筒要求有滿足的熱容量，所以料筒壁要有一定的厚度，否則難以確保溫度的安穩性；但如果太厚，料筒粗笨，浪費材料，熱慣性大，升溫慢，溫度調節有較大的滯后現象。
（ⅳ）料筒空隙
料筒空隙指料筒內壁與螺桿外徑的單面空隙，此空隙太大，塑化才能下降，打針回泄量添加，打針時刻延伸，在此進程中引起物料部分降解；如果太小，熱膨脹效果使螺桿與料筒摩擦加劇，能耗加大，甚至會卡死，此空隙Δ=（0.002~0.005）ds。
（ⅴ）料筒的加熱與冷卻
注塑機料筒加熱方法有電阻電熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，應依據使用場合和加工物料合理設置，常用的有電阻加熱和陶瓷加熱，為符合注塑工藝要求，料筒要分段操控，小型機3段，大型機一般5段。
冷卻是指對加料口處進行冷卻，因加料口處若溫度過高，固料會在加料口處“架橋”，阻塞料口，從而影響加料段的運送功率，故在此處設置冷卻水套對其進行冷卻。我廠是經過冷卻循環水對加料口進行冷卻的。
（4）噴嘴
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噴嘴是銜接塑化設備與模具流道的重要部件，噴嘴有多種功用：
① 預塑時，樹立背壓，驅除氣體，避免熔體流涎，進步塑化才能和計量精度；
② 打針時，與模具主澆套構成觸摸壓力，保持噴嘴與澆套良好觸摸，構成密閉流道，避免塑料熔體在高壓下外溢；
③ 打針時，樹立熔體壓力，進步剪切應力，并將壓力頭轉變成速度頭，進步剪切速度和溫升，加強混煉效果和均化效果；
④ 改變噴嘴結構使之與模具和塑化設備相匹配，組成新的流道型式或注塑體系；
⑤ 噴嘴還承擔著調溫、保溫文斷料的功用；
⑥ 減小熔體在進出口的粘彈效應和渦流丟失，以安穩其流動；
⑦ 保壓時，便于向模具制品中補料，而冷卻定型時添加回流阻力，減小或避免模腔中熔體向回流。
（ⅱ）噴嘴的根本方法
噴嘴可分為直通式噴嘴、鎖閉式噴嘴、暖流道噴嘴和多流道噴嘴，現階段我廠用的都是直通式噴嘴。
直通式噴嘴是應用較遍及的噴嘴，其特色是噴嘴球面直接與模具主澆套球面觸摸，噴嘴的圓弧半徑和流道比模具要小，打針時，高壓熔體直接經模具的澆道體系充入模腔，速度快、壓力丟失小，制作和設備均較便利。
鎖閉式噴嘴主要是處理直通式噴嘴的流涎問題，適用于低黏度聚合物（如PA）的加工。在預塑時能關閉噴嘴流道，避免熔體流涎現象，而當打針時又能在打針壓力的效果下敞開，使熔體注入模腔。
3．打針油缸
其作業原理是：打針油缸進油時，活塞帶動活塞桿及其置于推力座內的軸承，推進螺桿行進或撤退。經過活塞桿頭部的螺母，可以對兩個平行活塞桿的軸向方位以及打針螺桿的軸向方位進行同步調整。
4．推力座
打針時，推力座經過推力軸推進螺桿進行打針；而預塑時，經過油馬達驅動推力軸帶動螺桿旋轉完結預塑。
5．座移油缸
當座移油缸進油時，完結打針座的行進或撤退動作，并確保注塑噴嘴與模具主澆套圓弧面嚴密地觸摸，發生能關閉熔體的打針座壓力。
6．對打針部件精度要求
安裝后，整體打針部件要置于機架上，有必要確保噴嘴與模具主澆套嚴密地接合，以防溢料，要求使打針部件的中心線與其合模部件的中心線同心；為了確保打針螺桿與料筒內孔的合作精度，有必要確保兩個打針油缸孔與料筒定位中心孔的平行度與中心線的對稱度；對臥式機來講，座移油缸兩個導向孔的平行度和對其中心的對稱度也有必要確保，對立式機則有必要確保兩個座移油缸孔與料筒定位中心孔的平行度與中心線的對稱度。影響上述方位精度的要素是相關聯部件孔與軸的尺寸精度、幾許精度、制作精度與安裝精度。
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